JP2011052493A - メタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的に、温度や圧力の条件を変化させることなくメタンハイドレートからメタンガスを生産することを可能にするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法を提供する。
【解決手段】筒状に形成され、互いの軸線Ｏ１を同方向に向けて一体に並設された複数の解離チャンバー２２と、筒状の側壁部２３ａと天板部２３ｂとを備えて形成され、内部の集水室２５が複数の解離チャンバー２２の内部と連通するように設けられた集水チャンバー２３と、各解離チャンバー２２の周方向に配設された複数の噴射管２７、２８を備えるウォータージェット機構２４と、複数の噴射管２７、２８にメタン濃度が低い水Ｗを供給して噴射させるための送水管３と、集水室２５内の水Ｗ’を揚水するための揚水管４とを備えて構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産するための装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法に関する。

石油資源に替わる新資源としてメタンハイドレートが注目を集めており、我が国近海は、世界最大のメタンハイドレート埋蔵量を誇るといわれている。このメタンハイドレートは、水素結合による水分子の籠状構造の中にメタンが入り込んだ氷状の固体結晶であり、低温且つ高圧下で安定的に存在する。そして、永久凍土の地下数百〜千ｍの堆積物中や海底、湖底でこの低温高圧条件が満たされるため、メタンハイドレートは永久凍土や海底、湖底の地盤内に存在している。

また、海底（湖底）のメタンハイドレートは、水深数百ｍ以深の海底（湖底）地盤の地下数百ｍの深層部に存在する深層型メタンハイドレートと、海底面（湖底面）に露出するなどして浅層部に存在する表層型メタンハイドレートとがある。そして、現在、我が国でも検討が進められている南海トラフなどの深層型メタンハイドレートに対し、表層型メタンハイドレートの研究例は世界的にもまだ限られており、我が国では、オホーツク海及び日本海直江津沖の表層型メタンハイドレートに関する調査研究が開始されたばかりである。資源開発の観点から、その資源量の評価と併せて諸物性の解明が急務とされている。

ここで、メタンハイドレートは、僅かに温度、圧力条件を変化させるだけで相平衡状態が崩れ、分解（解離）させることができる。そのため、深層型メタンハイドレートにおいては、メタンガスを生産する手法として、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法など温度や圧力の条件を変化させ、相平衡状態を変化させることによってメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、メタンガスを回収する手法が検討されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

図７は、メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示したものである。この図において、実線は、メタンハイドレートが生成される境界を示しており、図中左上側の低温、高圧側がメタンハイドレートの安定領域である。そして、水域（海、湖）では、水深約４００ｍ以深でこの温度、圧力条件に達するが、海底（湖底）の地盤温度が地下深度とともに増加するため、メタンハイドレートの生成条件が満たされる下限の地盤深度が存在し、この地盤深度は概ね地下１００ｍ〜３００ｍ程度である。深層型メタンハイドレートは、この下限地盤深度の直上に存在し、言い換えれば、温度と圧力の相平衡条件に極めて近い状態で存在している。

また、図７に、深層型メタンハイドレートとして南海トラフの代表的なメタンハイドレート、表層型メタンハイドレートとしてのバイカル湖とオホーツク海のそれぞれの代表的なメタンハイドレートの温度、圧力条件を示している。この図示から、深層型メタンハイドレートに比べ、表層型メタンハイドレートは、温度と圧力の相平衡条件から離れた過冷却度の高い領域にあることが分かる。

特開２００４−３２１９５２号公報 特開２００４−２０４５６２号公報 特開平９−１５８６６２号公報

そして、このように表層型メタンハイドレートは、温度と圧力の相平衡条件から離れた過冷却度の高い領域で安定しているため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等の温度や圧力の条件を変化させてメタンガスを生産する方法を用いた場合、温度と圧力の相平衡状態を変化させるために大きなエネルギーが必要になる。

また、表層型メタンハイドレートは、深層型メタンハイドレートと異なり、バッファとなる地盤が存在しないため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等によるメタンガスの生産中に予期せぬメタンガスの漏洩が発生すると、直接水中にメタンガスが放出されるおそれがある。このため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等の温度や圧力の条件を変化させてメタンガスを生産する場合には、海底、湖底の生態系や地球環境への影響が懸念される。

これに対し、本願の出願人（本願の発明者ら）は、温度と圧力の相平衡状態を変化させることなくメタンハイドレートを分解してメタンガスを生産する方法及び装置について、既に特許出願（特願２００８−１７６９３６、特願２００８−３１２７１４）を行っている。

このメタンガス生産装置１は、図８及び図９に示すように、上端２ａが閉塞し、下端２ｂに開口部２ｃを備えて略円筒状に形成された解離チャンバー２と、解離チャンバー２の内部にメタン濃度が低い水Ｗを供給するための注水管３と、解離チャンバー２の内部の水Ｗ’を揚水するための揚水管４とを備えて構成されている。また、解離チャンバー２には、注水管３から送られたメタンの度が低い水Ｗを噴射させるウォータージェット機構５が設けられている。さらに、ウォータージェット機構５は、解離チャンバー２の開口部２ｃを形成する先端部（下端２ｂ）側から軸線Ｏ１方向外側に水Ｗ（メタン濃度が低い水）を噴射させる第１噴射管６と、解離チャンバー２の内面側から軸線Ｏ１直交方向内側に水Ｗを噴射させる第２噴射管７とを解離チャンバー２の外周側に設けて構成されている。

このメタンガス生産装置１を用いて海底の表層型メタンハイドレート１０からメタンガスを生産する場合には、図１０に示すように、フロート１１に取り付けて浮遊状態にした解離チャンバー２をメタンガス回収船１２で曳航し、解離チャンバー２をフロート１１から降下させて海底に設置する。次に、第１噴射管６からメタン濃度が低い水Ｗを軸線Ｏ１方向外側に噴射させることにより、メタンハイドレート１０上の地盤Ｇを掘削除去（切削除去）し、解離チャンバー２の先端部２ｂをメタンハイドレート１０まで貫入させる。また、第２噴射管７から軸線Ｏ１直交方向内側に水Ｗを噴射させることにより、メタンハイドレート１０上の地盤Ｇを掘削除去するとともに、解離チャンバー２の内部をウォータージェット水流で撹拌させ、メタンハイドレート１０から効率的にメタンＭを解離させる。そして、解離チャンバー２の内部のメタンＭが溶解した水Ｗ’を揚水管４で揚水する。このとき、ある程度までメタンが溶解した水Ｗ’が上昇すると、メタンＭがガス化して水Ｗ’から自動的に自噴する。これにより、温度と圧力の相平衡状態を変化させることなく、容易に水Ｗ’とメタンガスＭとを分離して、メタンガスＭを生産（回収）することが可能になる。

しかしながら、上記のメタンガス生産装置１においては、ガス回収効率の向上を図るために解離チャンバー２の設置面積を拡大することが考えられるが、大きな解離チャンバー（径が大きい解離チャンバー）２を用いると、ウォータージェット機構５によるウォータージェット水流が解離チャンバー２の中心部まで到達しなくなってしまう。この結果、解離チャンバー２の内部を十分に撹拌できなくなって、逆に、メタンハイドレート１０からメタンＭを効率よく解離させることができなくなるという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、より効率的に、温度や圧力の条件を変化させることなくメタンハイドレートからメタンガスを生産することを可能にするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産するための装置であって、筒状に形成され、互いの軸線を同方向に向けて一体に並設された複数の解離チャンバーと、筒状の側壁部と該側壁部の上端側の開口を閉塞する天板部とを備えて形成され、内部の集水室が前記複数の解離チャンバーの内部と連通するように前記複数の解離チャンバーの上方に一体に設けられた集水チャンバーと、各解離チャンバーの周方向に配設されるとともに前記各解離チャンバーの下端側に噴射口を配して設けられた複数の噴射管を備えるウォータージェット機構と、前記ウォータージェット機構の前記複数の噴射管にメタン濃度が低い水を供給して各噴射管の前記噴射口から噴射させるための送水管と、一端が前記集水チャンバーの集水室に繋げられ、該集水室内の水を揚水するための揚水管とを備えて構成されていることを特徴とする。

この発明においては、送水管からメタン濃度が低い水を各噴射管に供給し、複数の噴射管からメタン濃度が低い水を噴射させることによって、メタンハイドレート上の地盤やメタンハイドレートを掘削除去（切削除去）することができるとともに、複数の解離チャンバーの内部をウォータージェット水流で撹拌させて、メタンハイドレートから効率的にメタンを解離させることができる。また、揚水管によって、メタンが溶解した各解離チャンバーの内部の水を集水チャンバーの集水室から揚水すると、ある程度までメタンが溶解した水が上昇するとともにメタンがガス化して水から自動的に自噴する。これにより、温度と圧力の相平衡状態を変化させることなく、容易に水とメタンガスを分離して、メタンガスを生産（回収）することが可能になる。

また、複数の解離チャンバーを備えるとともに、各解離チャンバー周方向に配設された複数の噴射管を備えて構成されているため、ウォータージェット水流が中心部まで確実に到達する大きさの解離チャンバーの数を増減させることにより、ウォータージェット機構で掘削・撹拌する対象面積を自由に設定することが可能になる。すなわち、ガス回収効率の向上を図るために対象面積（解離チャンバーの設置面積）を拡大する場合には、従来のように大きな解離チャンバーを使用するのではなく、解離チャンバーの数を増やして対応することができるため、ウォータージェット水流が解離チャンバーの中心部に到達しなくなるようなことがない。これにより、従来と比較し、より効率的に、温度や圧力の条件を変化させることなくメタンハイドレートからメタンガスを生産することが可能になる。

また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記噴射口からのウォータージェット水流で掘削可能な土体積を対象地盤の強度から求め、該掘削可能な土体積に応じて前記各解離チャンバーの径が設定されていることが望ましい。

この発明においては、掘削可能な土体積に応じて各解離チャンバーの径が設定されているため、確実にウォータージェット水流を各解離チャンバーの中心部に到達させ、所望の土体積の対象地盤（メタンハイドレート層を含む）を掘削・撹拌することが可能になる。これにより、より確実且つ効率的にメタンハイドレートからメタンガスを生産することが可能になる。

さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記各解離チャンバーが他の解離チャンバー及び前記集水チャンバーに着脱可能に設けられていることがより望ましい。

この発明においては、解離チャンバーの数を容易に増減させることが可能になる。これにより、対象地盤の強度に応じて、容易に対象面積を設定することが可能になる。

また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記ウォータージェット機構は、前記解離チャンバーの軸線方向外側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第１噴射管と、前記解離チャンバーの軸線直交方向内側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第２噴射管を備えて構成されていることがさらに望ましい。

この発明においては、第１噴射管から軸線方向外側に向けて水を噴射させることにより、例えばメタンハイドレート上の地盤をこのウォータージェット水流によって掘削除去することができ、各解離チャンバーの先端部（下端）をメタンハイドレートに貫入させることが可能になる。また、第２噴射管から軸線直交方向内側に向けて水を噴射させることにより、例えば各解離チャンバーの内部に配されたメタンハイドレート上の地盤をこのウォータージェット水流によって掘削除去することが可能になる。さらに、このウォータージェット水流によって、各解離チャンバーの内部を撹拌混合することができ、メタンハイドレートを確実且つ効率的に解離させることが可能になる。

さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記各解離チャンバーの周方向に、前記第１噴射管と前記第２噴射管が交互に且つ所定の間隔をあけて均等に配設されていることがより望ましい。

この発明においては、第１噴射管からのウォータージェット水流によって、例えば各解離チャンバーの先端部（下端）周辺の地盤全体を掘削除去して、各解離チャンバーの先端部全体を均等にメタンハイドレートに貫入させることが可能になる。また、第２噴射管からのウォータージェット水流によって、各解離チャンバーの内部に配された地盤をより確実に掘削除去することが可能になるとともに、各解離チャンバーの内部をより確実に撹拌・混合することが可能になる。これにより、さらに確実且つ効率的にメタンハードレートを解離させることが可能になる。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法であって、上記のいずれかのメタンハイドレートからのメタンガス生産装置を用いてメタンガスを生産することを特徴とする。

この発明においては、上記のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置による作用効果を得ることが可能になる。

本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法においては、地盤状況に応じて、各解離チャンバーの大きさや数を任意に選択することで、ウォータージェット水流により掘削・撹拌する対象面積を自由に設定することが可能になる。

また、掘削領域内で（各解離チャンバーに対して）ウォータージェット機構の噴射管を例えば等間隔に設けることが可能になるため、掘削・撹拌（混合）の効率を確実に高めることが可能になる。

さらに、各解離チャンバーの周囲にウォータージェット機構の噴射管（噴射口）が配設されていることにより、隣り合う解離チャンバーの間や各解離チャンバー周囲の周辺地盤との摩擦が低減され、各解離チャンバーの地盤貫入抵抗、引抜き抵抗を大幅に低減することも可能になる。

よって、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法によれば、従来と比較し、より効率的に、温度や圧力の条件を変化させることなくメタンハイドレートからメタンガスを生産することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置を用いてメタンガスを生産している状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置（メタン解離回収装置、解離チャンバー、集水チャンバー、ウォータージェット機構）を示す図である。 図２のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図２のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置（メタン解離回収装置）において、解離チャンバーの数を減らした状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置（メタン解離回収装置）において、解離チャンバーの数を増やした状態を示す図である。 メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示す図である。 従来のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置（解離チャンバー）を示す図である。 図８のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 従来のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置を用いてメタンガスを生産している状態を示す図である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法について説明する。本実施形態においては、海底（あるいは湖底）に存在する表層型メタンハイドレートからメタンガスを好適に生産可能なメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンガス生産方法に関するものである。

本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａは、図１に示すように、メタンガス回収船１２と、メタンハイドレート１０からメタンを解離・回収するためのメタン解離回収装置２０と、メタンガス回収船１２によって浮遊状態でメタン解離回収装置２０を曳航するためのフロート１１と、送水管３と、揚水管４と、ガスセパレーター２１とを備えて構成されている。

また、メタン解離回収装置２０は、図２から図４に示すように、複数の解離チャンバー２２と、集水チャンバー２３と、ウォータージェット機構２４とを備えて構成されている。

図２及び図４に示すように、複数の解離チャンバー２２はそれぞれ、同形同大で形成され、本実施形態においては、各解離チャンバー２２が円筒状に形成されている。そして、これら複数の解離チャンバー２２は、互いの軸線Ｏ１を上下の同方向に向け、上端及び下端同士を上下方向Ｔ１の同位置に配した状態で一体に並設されている。また、各解離チャンバー２２は、詳細を後述するウォータージェット機構２４によるウォータージェット水流で掘削可能な土体積を対象地盤Ｇの強度から求め、この掘削可能な土体積に応じて、その径（解離チャンバー２２の大きさ）が設定されている。さらに、本実施形態では、各解離チャンバー２２が適宜手段を用いて他の解離チャンバー２２及び集水チャンバー２３に対し着脱可能に一体に設けられている。

集水チャンバー２３は、図２及び図３に示すように、筒状の側壁部２３ａとこの側壁部２３ａの上端側の開口を閉塞する天板部２３ｂとを備えて形成されている。そして、この集水チャンバー２３は、内部が集水室２５とされ、集水室２５が複数の解離チャンバー２２の内部と連通するように、複数の解離チャンバー２２の上方に一体に配設されている。すなわち、集水チャンバー２３は、側壁部２３ａの下端を、外側に配設された解離チャンバー２２の上端に繋げて設けられ、内部の集水室２５が複数の解離チャンバー２２の内部にのみ連通するように形成されている。また、本実施形態では、天板部２３ｂが中空構造で形成され、この天板部２３ｂの内部に内空室２６が形成されている。

ウォータージェット機構２４は、図２から図４に示すように、複数の噴射管２７、２８を備えて構成されている。複数の噴射管２７、２８は、各解離チャンバー２２の外周側に上下方向Ｔ１に配設されている。また、各噴射管２７、２８は、その下端側に噴射ノズルを備え、上端を集水チャンバー２２の天板部２３ｂ（天板部２３ｂの内空室２６）に繋げ、下端の噴射ノズル（噴射口）を各解離チャンバー２２の下端付近に配して設けられている。さらに、本実施形態のウォータージェット機構２４は、解離チャンバー２２の軸線Ｏ１方向外側に向けてメタン濃度が低い水を噴射させる第１噴射管２７と、解離チャンバー２２の軸線Ｏ１直交方向内側に向けてメタン濃度が低い水を噴射させる第２噴射管２８を備えている。そして、これら第１噴射管２７と第２噴射管２８（複数の噴射管）は、各解離チャンバー２２の周方向に、交互に且つ所定の間隔をあけて均等に配設されている。

送水管３は、例えば硬質ポリエチレン管であり、図１及び図２に示すように、一端がメタン解離回収装置２０の集水チャンバー２３の天板部２３ｂに着脱可能に取り付けられている。また、天板部２３ｂの内空室２６を介してウォータージェット機構２４の各噴射管２７、２８に繋げて設けられている。さらに、送水管３は、他端が送水ポンプ（不図示）に接続されるとともに、開閉弁が取り付けられている。

一方、揚水管４は、例えば硬質ポリエチレン管であり、一端を集水チャンバー２３の集水室２５に着脱可能に繋げて設けられている。また、この揚水管２５は、他端がガスセパレーター２１に接続され、ガスセパレーター２１を介して揚水ポンプ（不図示）に接続されている。さらに、揚水管４には、開閉弁が取り付けられている。

次に、上記構成からなるメタンガス生産装置Ａを用いて海底の表層型メタンハイドレート１０からメタンガスＭを生産（回収）する方法について説明するとともに、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａ及びメタンガス生産方法の作用及び効果について説明する。

本実施形態のメタンガス生産装置Ａを用いて海底の表層型メタンハイドレート１０からメタンガスＭを生産する際には、図１に示すように、メタンガス回収船１２のワイヤドラムに巻き回されたワイヤ３０の一端をメタン解離回収装置２０の上端（集水チャンバー２３の天板部２３ｂ）に接続し、この上端側をフロート１１に着脱可能に繋げ、浮遊した状態でメタン解離回収装置２０を所定位置まで曳航する。そして、メタン解離回収装置２０に送水管３と揚水管４をそれぞれ接続し、メタンガス回収船１２のワイヤドラムからワイヤ３０を繰り出してメタン解離回収装置２０を降下させ、海底の地盤Ｇ上に設置する。なお、メタンガス回収船１２に設けられたＧＰＳ、方位計、トランスデューサー、送水管３あるいは揚水管４に設けられたトランスポンダーなどを用いることで、メタン解離回収装置２０は、海底の所定位置に設置される。

次に、開閉弁を適宜開閉操作するとともに送水ポンプの駆動を開始すると、例えば浅水域の海水（メタン濃度が低い水Ｗ）が取水され、この浅水域の海水Ｗが送水管３を通じて集水チャンバー２３の天板部２３ｂ内空室２６に供給される。さらに、浅水域の海水Ｗが天板部２３ｂの内空室２６から第１噴射管２７と第２噴射管２８に流通し、これら第１噴射管２７と第２噴射管２８の噴射ノズル（噴射口）からそれぞれ噴射される。このとき、例えば噴射ノズルから浅水域の海水Ｗ（ウォータージェット水流）が１０ｍ／ｓｅｃ以上の流速となるように噴射させる。

そして、第１噴射管２７によって、浅水域の海水Ｗが解離チャンバー２２の先端部（下端）側から略軸線Ｏ１方向外側に向けて噴射されるため、このウォータージェット水流によってメタンハイドレート１０上の地盤Ｇが掘削除去（切削除去）される。これにより、解離チャンバー２２は、その先端部がメタンハイドレート１０に徐々に貫入されてゆく。

また、これとともに、第２噴射管２８によって、浅水域の海水Ｗが解離チャンバー２２の内面側から略軸線Ｏ１直交方向内側に向けて噴射されるため、ウォータージェット水流によって解離チャンバー２２の内部に配されたメタンハイドレート１０上の地盤Ｇが掘削除去（切削除去）される。さらに、このウォータージェット水流によって、解離チャンバー２２の内部の海水（泥水）Ｗ’が撹拌混合される。これにより、揚水ポンプを駆動すると、揚水管４で集水室２６内の泥水Ｗ’が汲み上げられ、確実に地盤Ｇが除去され、メタンハイドレート１０が解離チャンバー２２の内部を臨むように露出される。

また、このようにメタンハイドレート１０を露出させた状態で、さらに第１噴射管２７や第２噴射管２８から海水Ｗを噴射させ、メタンハイドレート１０を掘削しつつ解離チャンバー２２の内部の海水Ｗ’を撹拌混合することによって、メタンハイドレート１０からメタンＭが解離し、解離チャンバー２２内の海水Ｗ’にメタンＭが溶解する。

ここで、従来のメタンガス生産装置１においては、メタンハイドレート１０から効率的にメタンＭを解離させるために径が大きな解離チャンバー２を用いると、ウォータージェット水流が解離チャンバー２の中心部まで到達しなくなり、その結果、解離チャンバー２の内部を十分に撹拌混合できなくなって、逆にメタンハイドレート１０を効率的に解離させることができなくなってしまう。

これに対し、本実施形態のメタン解離回収装置２０（メタンガス生産装置Ａ）においては、複数の解離チャンバー２２を備えるとともに、各解離チャンバー２２の周方向に配設された複数の噴射管２７、２８を備えて構成されている。すなわち、例えば図５及び図６に示すように、解離チャンバー２２の数を自在に増減させてメタン解離回収装置２０を構成することができる。このため、メタンハイドレート１０からより効率的にメタンＭを解離させるために対象面積（複数の解離チャンバー２２の設置面積）を拡大する場合には、従来のように大きな解離チャンバー２を使用するのではなく、解離チャンバー２２の数を増やして対応する。これにより、ウォータージェット水流が各解離チャンバー２２の中心部に到達しなくなるようなことがない。また、このとき、各解離チャンバー２２が他の解離チャンバー２２及び集水チャンバー２３に着脱可能に設けられているため、容易に対象面積の増減ひいては対象面積の増減が行える。

また、噴射ノズルからのウォータージェット水流で掘削可能な土体積を対象地盤Ｇの強度から求め、この掘削可能な土体積に応じて各解離チャンバー２２の径が設定されているため、確実にウォータージェット水流が各解離チャンバー２２の中心部に到達し、所望の土体積の対象地盤Ｇ（メタンハイドレート層１０を含む）が掘削・撹拌されることになる。

また、このように複数の解離チャンバー２２を備えてメタン解離回収装置２０を構成した場合であっても、複数の噴射管２７、２８が各解離チャンバー２２の周方向に配設されているため、確実に掘削・撹拌混合の効率が高まることになる。さらに、本実施形態では、各解離チャンバー２２の軸線Ｏ１方向外側に向けて浅水域の海水Ｗを噴射させる第１噴射管２７と、各解離チャンバー２２の軸線Ｏ１直交方向内側に向けて浅水域の海水Ｗを噴射させる第２噴射管２８が交互に且つ所定の間隔をあけて均等に配設されている。このため、さらに確実に掘削・撹拌混合の効率が高まる。

このように効率的にメタンハイドレートから解離したメタンＭを含む海水Ｗ’は、揚水ポンプを駆動するとともに各解離チャンバー２２内から集水チャンバー２３の集水室２５に流れ込み、この揚水管４によって集水室２５から順次メタンガス回収船１２に向けて揚水される。そして、集水室２５内の海水Ｗ’を揚水する際に、海水Ｗ’がある深度まで上昇すると、溶解したメタンＭがガス化して自噴し、海水Ｗ’から自動的に解離して海水面上のガスセパレーター２１に導かれる。これにより、ガスセパレーター２１のセパレータータンク内で容易に海水Ｗ’’とメタンガスＭが分離され、メタンガスＭが回収される。

したがって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａ及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法においては、送水管３から浅水域の海水（メタン濃度が低い水）Ｗを各噴射管２７、２８に供給し、複数の噴射管２７、２８から浅水域の海水Ｗを噴射させることによって、メタンハイドレート１０上の地盤Ｇやメタンハイドレート１０を掘削除去することができる。また、これとともに、複数の解離チャンバー２２の内部をウォータージェット水流で撹拌させて、メタンハイドレート１０から効率的にメタンＭを解離させることができる。さらに、揚水管４によって、メタンＭが溶解した各解離チャンバー２２の内部の水Ｗ’を集水チャンバー２３の集水室２５から揚水するだけで、溶解したメタンＭをガス化して海水Ｗ’から自動的に自噴させることができる。これにより、温度と圧力の相平衡状態を変化させることなく、容易に水Ｗ’’とメタンガスＭを分離して、メタンガスＭを生産（回収）することが可能になる。

また、複数の解離チャンバー２２を備えるとともに、各解離チャンバー２２の周方向に配設された複数の噴射管２７、２８を備えて構成されているため、ウォータージェット水流が中心部まで確実に到達する大きさの解離チャンバー２２の数を増減させることにより、ウォータージェット機構２４で掘削・撹拌する対象面積を自由に設定することが可能になる。すなわち、地盤状況に応じて、解離チャンバー２２の大きさや数を任意に選択することで、ウォータージェット水流により掘削・撹拌する対象面積を自由に設定することが可能になる。

さらに、このとき、各解離チャンバー２２が他の解離チャンバー２２及び集水チャンバー２３に着脱可能に設けられているため、解離チャンバー２２の数を容易に増減させることが可能になる。これにより、対象地盤Ｇの強度に応じて、容易に対象面積を設定することが可能になる。

また、各解離チャンバー２２の周囲にウォータージェット機構２４の噴射管２７、２８が配設されていることにより、隣り合う解離チャンバー２２の間や各解離チャンバー２周囲の周辺地盤Ｇとの摩擦が低減され、各解離チャンバー２２の地盤貫入抵抗、引抜き抵抗を大幅に低減することも可能になる。

よって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａ及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法によれば、従来と比較し、より確実且つ効率的に、温度や圧力の条件を変化させることなくメタンハイドレート１０からメタンガスＭを生産することが可能になる。

また、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａ及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法においては、掘削可能な土体積に応じて各解離チャンバー２２の径が設定されているため、確実にウォータージェット水流を各解離チャンバー２２の中心部に到達させ、所望の土体積の対象地盤Ｇを掘削・撹拌することが可能になる。これにより、より確実且つ効率的にメタンハイドレート１０からメタンガスＭを生産することが可能になる。

また、各解離チャンバー２２の外周に第１噴射管２７と第２噴射管２８が設けられているため、第１噴射管２７から軸線Ｏ１方向外側に向けて水Ｗを噴射させることにより、メタンハイドレート１０上の地盤Ｇをこのウォータージェット水流によって掘削除去することができ、各解離チャンバー２２の先端部をメタンハイドレート１０に貫入させることが可能になる。さらに、第２噴射管２８から軸線Ｏ１直交方向内側に向けて水Ｗを噴射させることにより、各解離チャンバー２２の内部に配されたメタンハイドレート１０上の地盤Ｇをこのウォータージェット水流によって掘削除去することが可能になる。また、このウォータージェット水流によって、各解離チャンバー２２の内部を撹拌混合することができ、メタンハイドレート１０を確実且つ効率的に解離させることが可能になる。

さらに、各解離チャンバー２２の周方向に、第１噴射管２７と第２噴射管２８が交互に且つ所定の間隔をあけて均等に配設されているため、第１噴射管２７からのウォータージェット水流によって、各解離チャンバー２２の先端部周辺の地盤Ｇ全体を掘削除去して、各解離チャンバー２２の先端部全体を均等にメタンハイドレート１０に貫入させることが可能になる。また、第２噴射管２８からのウォータージェット水流によって、より確実に、各解離チャンバー２２の内部に配された地盤Ｇを掘削除去することが可能になるとともに、各解離チャンバー２２の内部を撹拌・混合することが可能になる。これにより、さらに確実且つ効率的にメタンハードレート１０を解離させることが可能になる。

以上、本発明に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びこれを用いたメタンハイドレートからのメタンガス生産方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、複数の解離チャンバー２２がそれぞれ円筒状に形成されているものとしたが、本発明に係る解離チャンバーは、円形に限定する必要はなく、四角形などの多角形であってもよい。また、複数の解離チャンバー２２がハニカム構造のように一体化されていてもよい。すなわち、解離チャンバー２２やこの解離チャンバー２２と一体化される集水チャンバー２３の形状、数など、また、解離チャンバー２２や集水チャンバー２３と一体化されるウォータージェット機構２４の複数の噴射管２７、２８の数、配置などは、本実施形態のように限定する必要はない。

また、本実施形態では、海底の表層型メタンハイドレート１０からメタンガスＭを生産するものとして説明を行ったが、湖底の表層型メタンハイドレートに対しても、本実施形態と同様にしてメタンガスＭを生産することが可能である。さらに、適宜手段によって深層型メタンハイドレートを海水や湖水に露出させることができる場合には、深層型メタンハイドレートからメタンガスを生産するために本発明を適用してもよい。

さらに、本実施形態では、メタン濃度が低い水として浅水域の海水を用いるものとしたが、メタン濃度が低い水であれば、必ずしも浅水域の水を用いることに限定しなくてもよい。

１ 従来のメタンガス生産装置
２ 従来の解離チャンバー
３ 送水管
４ 揚水管
５ 従来のウォータージェット機構
１１ フロート
１２ メタンガス回収船
２０ メタン解離回収装置
２１ ガスセパレーター
２２ 解離チャンバー
２３ 集水チャンバー
２３ａ 側壁部
２３ｂ 天板部
２４ ウォータージェット機構
２５ 集水室
２６ 内空室
２７ 第１噴射管（噴射管）
２８ 第２噴射管（噴射管）
３０ ワイヤ
Ａ メタンガス生産装置
Ｍ メタン（メタンガス）
Ｏ１ 解離チャンバーの軸線
Ｔ１ 上下方向
Ｗ 浅水域の海水（メタン濃度が低い水）
Ｗ’ 解離チャンバーの内部の海水（メタンが溶解した水）

Claims (6)

1. 海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産するための装置であって、
   筒状に形成され、互いの軸線を同方向に向けて一体に並設された複数の解離チャンバーと、
   筒状の側壁部と該側壁部の上端側の開口を閉塞する天板部とを備えて形成され、内部の集水室が前記複数の解離チャンバーの内部と連通するように前記複数の解離チャンバーの上方に一体に設けられた集水チャンバーと、
   各解離チャンバーの周方向に配設されるとともに前記各解離チャンバーの下端側に噴射口を配して設けられた複数の噴射管を備えるウォータージェット機構と、
   前記ウォータージェット機構の前記複数の噴射管にメタン濃度が低い水を供給して各噴射管の前記噴射口から噴射させるための送水管と、
   一端が前記集水チャンバーの集水室に繋げられ、該集水室内の水を揚水するための揚水管とを備えて構成されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
2. 請求項１記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
   前記噴射口からのウォータージェット水流で掘削可能な土体積を対象地盤の強度から求め、該掘削可能な土体積に応じて前記各解離チャンバーの径が設定されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
   前記各解離チャンバーが他の解離チャンバー及び前記集水チャンバーに着脱可能に設けられていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
   前記ウォータージェット機構は、前記解離チャンバーの軸線方向外側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第１噴射管と、前記解離チャンバーの軸線直交方向内側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第２噴射管を備えて構成されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
5. 請求項４記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
   前記各解離チャンバーの周方向に、前記第１噴射管と前記第２噴射管が交互に且つ所定の間隔をあけて均等に配設されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
6. 海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法であって、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置を用いてメタンガスを生産することを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産方法。

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